Modélisation de l influence sur la pollution atmosphérique de la mise à trois voies de l autoroute A36 à Mulhouse

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1 Association pour la Surveillance et l Etude de la Pollution Atmosphérique en Alsace Modélisation de l influence sur la pollution atmosphérique de la mise à trois voies de l autoroute A36 à Mulhouse ( Fond de carte BDU Mulhouse- Copie et reproduction interdite BDCARTO IGN 1999 ASPA I - D

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3 1. INTRODUCTION... 4 ZONE D ETUDE... 4 DONNEES PRIMAIRES... 6 SIMULATIONS DE CALCUL DES EMISSIONS ET DES IMMISSIONS... 7 LIMITE DE L ETUDE RELATION EMISSION - VITESSE RESULTATS DES SIMULATIONS Détermination de l impact sur la qualité de l air de l évolution du parc véhicule (renouvellement du parc et application des nouvelles normes) Détermination de l impact sur la qualité de l air du passage à 2x3 voies Bilan du passage de l autoroute 2x2 voies 2000 à 2x3 voies COMPARAISON AUX NORMES EN VIGUEUR EFFETS DES EMISSIONS SUR LES NIVEAUX D OZONE CONCLUSION ANNEXE 1 : LIMITES DU LOGICIEL ANNEXE 2 : RESULTATS DES SIMULATIONS ANNEXE 3 : EVOLUTION DES EMISSIONS ENTRE 2000 ET 2010 EN FONCTION DE LA VITESSE DE CIRCULATION ANNEXE 4 : NORMES DE QUALITE DE L AIR

4 1. INTRODUCTION Le projet de la mise à 2 fois 3 voies de l autoroute urbaine A36 à Mulhouse nécessite, par ses implications en terme d évolution du trafic routier, de réaliser un diagnostic de la qualité de l air au niveau de la rue (proximité automobile) dans la zone concernée. A la demande de la DDE 68, un diagnostic initial de la qualité de l air à proximité de l autoroute a été réalisé par l ASPA associant une phase exploratoire de deux campagnes de mesure ainsi que l utilisation d un modèle (STREET 4) permettant d estimer les niveaux de pollution (émissions 1 et immissions 2 ) aux abords de l A36. En outre, ce modèle donne la possibilité de construire des scénarii pronostiques à partir des niveaux de trafic routier prévisibles. Ces simulations permettent, par comparaison avec une situation initiale, de rendre compte de l impact réel de ce projet sur les niveaux de qualité de l air en proximité automobile. Ce document présente les applications du modèle STREET 4 concernant 6 polluants (monoxyde de carbone, oxydes d azote, composés organiques volatils, benzène, particules et dioxyde de soufre) sur des simulations à l horizon 2010 en référence à la situation actuelle. Zone d étude Pour les besoins de cette étude, la partie urbaine de l autoroute A36 sur Mulhouse a été découpée en trois tronçons qui se distinguent par des trafics moyens journaliers annuels différents (illustration 1) : Le tronçon 1 à l ouest de l agglomération, précède l échangeur de Lutterbach-Dornach. Le tronçon 2 (l autoroute urbaine proprement dite) entre les l échangeurs de Lutterbach- Dornach (à l ouest) et de Mulhouse Centre (à l est). Le tronçon 3, de l échangeur de Mulhouse Centre jusqu au croisement avec l autoroute A35 vers Strasbourg. 1 Emissions (exprimées en unité de masse) : rejets de polluants dans l atmosphère directement à partir des pots d échappement ou des cheminées de sites industriels par exemple. 2 Immissions (exprimées en unité de masse par volume) : concentrations de polluants dans l atmosphère telles qu elles sont inhalées. Les immissions résultent de la transformation et du transport des polluants émis. 4

5 Illustration 1 : Portion de l autoroute A36 concernée par cette étude 5

6 Données primaires La pollution en proximité de ces trois tronçons sera approchée par l estimation des émissions et des immissions. En l absence de bâti proche, les émissions sont dépendantes de trois paramètres : Le parc automobile 3 utilisé pour les différentes simulations provient de l INRETS (source : Evolution du parc automobile français entre 1970 et 2020 mémoire de thèse de B.Bourdeau). Le trafic moyen journalier annuel pour les années 2000 et 2010 (pour chaque tronçon) est issu du modèle de trafic DAVISUM utilisé dans le cadre du Plan de Déplacement Urbain de la ville de Mulhouse (tableau 1). Tableau 1 : Circulation journalière sur 3 tronçons de l A36 pour les années 2000 et 2010 Tronçon Circulation journalière 2000 Circulation journalière La vitesse de circulation pour chaque partie de l autoroute urbaine a été déterminée à l aide du logiciel ARIANE du CETE de l Est. Pour rendre compte des immissions, STREET intègre les niveaux de pollution de fond issus de l étude transfrontalière de la qualité de l air dans le Rhin supérieur ou de stations permanentes du réseau de surveillance de la qualité de l air ainsi que les caractéristiques des vents (direction et vitesse dominante des vents). Tableau 2 : Niveaux de pollution de fond utilisés par STREET Polluant CO NO 2 Benzène particules SO 2 Pollution de fond utilisée 1000 µg/m 3 38 µg/m 3 3,5 µg/m 3 22 µg/m 3 6 µg/m 3 3 Le parc de véhicules intègre les caractéristiques des véhicules en circulation, à savoir, le type de véhicules (poids lourds, véhicules utilitaires légers, voitures particulières, 2-roues), la cylindrée, l'année de mise en circulation (qui définit le type de norme de pollution associée), le carburant utilisé (essence, diesel, GPL, gaz naturel), les équipements de dépollution (pots catalytiques, à oxydation). 6

7 Simulations de calcul des émissions et des immissions Plusieurs simulations ont été réalisées, variant l infrastructure routière de l autoroute (2x2 ou 2x3 voies) ou les conditions de circulation (trafic et parc automobile pour les années 2000 et 2010). Tableau 3 : Simulations étudiées Simulations Infrastructure Condition de circulation 1 2 X 2 Voies Année X 3 Voies Année X 2 Voies Année X 3 Voies Année 2010 La comparaison des simulations 1 et 2, ainsi que de simulations 3 et 4, représentant un passage instantané de l autoroute de 2 2 à 2 3 voies, permettront d approcher l impact de l infrastructure sur la pollution atmosphérique. L analyse des simulations 1 et 3 présentera les évolutions attendues par la seule modification du parc automobile (renouvellement du parc, amélioration de la motorisation). Enfin, l analyse des simulations 1 et 4 (situation actuelle à 2x2 voies en 2000 et future à 2x3 voies en 2010) donnera un aperçu de l impact conjoint de l évolution du parc automobile et de l infrastructure de l A36 sur la pollution atmosphérique. Limite de l étude La pollution de fond utilisée comme données d entrée de STREET pour l ensemble des simulations provient du cadastre des concentrations dans l air de l analyse transfrontalière dans le Rhin supérieur pour l année de référence 1998/1999 (programme INTERREG II). Si ces données conviennent pour l année 2000, l ambiance de pollution devrait diminuer en lien avec les réductions des émissions (notamment celles liées aux transports) d ici Des incertitudes liées à l utilisation de sorties de modèle (trafic et vitesse moyenne) peuvent subsister. En l absence de données régionales précises (notamment pour l année 2010), le parc automobile utilisé par défaut dans cette étude est le parc national. Enfin, les résultats fournis par STREET, en moyenne annuelle, ne permettent pas d atteindre la répartition temporelle fine (échelle journalière ou horaire) et la comparaison avec des normes relatives à des épisodes de pollution de courte durée s avère impossible. Ces limites ne permettent pas à STREET d obtenir des valeurs réelles précises mais de fournir une approche réaliste. Les limites spécifiques au logiciel sont présentées en annexe 1. 7

8 2. RELATION EMISSION - VITESSE La vitesse de circulation est un facteur déterminant pour la quantification des émissions (illustration 2). La circulation en centre ville ou sur autoroute entraîne des profils d émissions différents. La combustion met en jeu un carburant (hydrocarbures) et un comburant (l air). Les polluants émis peuvent être regroupés en 2 groupes bien distincts : Les polluants émis à bas régime : le CO, les COV (benzène), les particules et le SO 2. Pour ces polluants, les maxima d émission s obtiennent à bas régime suite à la combustion incomplète qui entraîne une plus forte formation de benzène, de CO, de COV et de particules. Une distinction est faite pour les vitesses optimales du point de vue pollution atmosphérique, différentes pour chaque polluant. Pour le monoxyde de carbone (CO) et les particules, cette vitesse se situe au alentours de 80 km/h, alors que pour les composés organiques volatils (dont fait partie le benzène) et le dioxyde de soufre, elle serait plutôt de 90 km/h. Les polluants émis à haut régime : le NO 2 Pour ce polluant, les maxima d émission s obtiennent à haut régime suite à une plus grande oxydation de l azote de l air (N 2 ). La vitesse optimale pour le dioxyde d azote se situe quant à elle aux alentours de 50 km/h. 180 paricules (g/km/jour) SO2 (g/km/jour) Emissions CO*1/100 (g/km/jour) NOx*1/10 (g/km/jour) COV*1/10 (g/km/jour) Vitesses en km/h Illustration 2 : Relation Emissions - vitesse moyenne de circulation - VL/ essence (pour 1000 véhicules en l'an 2000). 8

9 La vitesse de circulation dépend de l encombrement de l axe routier (illustration 3). Pour l autoroute A36, la vitesse à vide est de 130 km/h et la capacité est de 1650 véhicules/heure/voie 4 soit un TMJA de pour la 2x2 voies et pour la 2x3 voies. La mise à 3 voies de l autoroute A36 influence sa capacité, la vitesse moyenne de circulation et donc les facteurs d émissions. 1,2 1 charge/capacité 0,8 0,6 0,4 0, ,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 vitesse en charge/vitesse à vide Illustration 3 : Courbe débit-vitesse Pour les quatre simulations envisagées et pour chacun des trois tronçons, la vitesse moyenne a été déterminée en fonction du trafic (2000 ou 2010), de la structure de l autoroute (2x2 voies ou 2x3 voies) à l aide du logiciel ARIANE du CETE de l Est (tableau 4). Tableau 4 : vitesses moyennes de circulation tronçons Circulation journalière Vitesse moyenne en km/h (scénario 2 2 voies) Vitesse moyenne en km/h (scénario 2 3 voies) Source CETE de l Est 9

10 3. RESULTATS DES SIMULATIONS Le logiciel STREET 4 a été appliqué pour le calcul des émissions et des immissions pour les quatre simulations définies tableau 3. Tous les résultats d émissions ou d immissions sont exprimés en valeurs annuelles et rapportés annexe 2. Dans cette partie, sont restituées les analyses comparées des simulations pour évaluer distinctement les effets sur la pollution atmosphérique en proximité de l autoroute A36 : De l évolution du parc automobile (renouvellement des véhicules et application des nouvelles normes auto oil) Du changement de sa structure (passage de l autoroute de 2x2 à 2x3 voies) 4.1. Détermination de l impact sur la qualité de l air de l évolution du parc véhicule (renouvellement du parc et application des nouvelles normes) L analyse des résultats des simulations 2000/2V et 2010/2V permettent d appréhender l influence du renouvellement du parc automobile et de l augmentation du trafic sur les rejets le long de l A36 sans modifier le nombre de voies. Ce scénario peut être qualifié de scénario «au fil de l eau» Effets sur les émissions Le tableau 7 montre les réductions d émissions calculées sur l A36 entre 2000 et 2010 avec l agencement actuel (2x2 voies). Tableau 7 : Ecarts des émissions engendrés par l évolution du trafic et du parc automobile. Simulations structure Tronçon CO NO 2 COV Benzène Particules SO V / 2x2 voies 1-12 % - 16 % - 59 % - 44 % - 16 % - 31 % V 2-18 % - 14 % - 48 % - 20 % - 18 % - 35 % 3-10 % - 0,1 % - 21 % - 19 % - 15 % - 39 % Une réduction des émissions pour tous les polluants est observée sur les trois tronçons. Les écarts calculés entre les situations 2000 et 2010 sont plus faibles sur le tronçon 3 voire nul pour le NO 2. Dans ce dernier cas, l amélioration des moteurs est entièrement compensée par l augmentation du trafic. Les augmentations de trafic qui compensent en partie les évolutions liées au parc automobile sont différentes d un tronçon à l autre. La croissance la plus forte est attendue sur le tronçon 3 (+31%) contre seulement +8 et +21% sur les tronçons 1 et 2. 10

11 4.1.2 Effets sur les immissions Tableau 8 : Ecarts des immissions engendrés par l évolution du trafic et du parc automobile. Simulations structure Tronçon CO NO 2 COV Benzène Particules SO 2 3 / 1 2x2 voies 1-12 % - 16 % - 57 % - 17 % - 15 % - 31 % 2-18 % - 14 % - 48 % - 21 % - 18 % - 36 % 3-11 % 0,0 % - 20 % - 18 % - 15 % - 39 % Toutes choses égales par ailleurs, les immissions (tableau 8) suivent rigoureusement la variation des émissions à l exception du benzène pour le tronçon Détermination de l impact sur la qualité de l air du passage à 2x3 voies Pour déterminer l influence d un passage instantané de l autoroute de 2 à 3 voies avec des conditions de trafic et de parc automobile identique. Les résultats en émissions et immissions des simulations 2 voies (2 V) et 3 voies (3 V) pour l année 2000 et Ces juxtapositions de simulations permettent d appréhender les effets de la structure de l A36 sur la pollution atmosphérique Effets sur les émissions Tableau 5 : Ecarts des émissions engendrés par la mise à 2x3 voies de l autoroute. Simulations Année Tronçon CO NO 2 COV Benzène Particules SO 2 3V / 2V ,9 % + 1,5 % + 0,7 % + 1,2 % + 2,9 % + 1,6 % % + 2,2 % - 4,2 % - 2,0 % + 2,5 % - 2,0 % 3-24 % - 12 % - 37 % - 38 % - 25 % - 14 % 3V / 2V ,0 % + 3,1 % + 2,8 % + 3,0 % + 8,3 % 0,0 % % - 11 % - 18 % - 13,0 % - 6,4 % + 1,7 % 3-48 % - 40 % - 50 % - 51 % - 51 % - 42 % Le passage de 2 à 3 voies du tronçon 1 entraîne, à trafic égal, une hausse des émissions (tant en 2000 qu en 2010) de tous les polluants en lien avec l augmentation de la vitesse moyenne attendue. Le changement de configuration de l axe routier augmente la vitesse estimée sur ce tronçon, pour lequel la circulation reste modérée (< veh./j), de 4 km/h (104 à 108 km/h) dans la comparaison V/2000-2V et de 7 km/h (100 à 107 km/h) dans la comparaison V/2000-2V. A ces vitesses élevées, les émissions des six polluants étudiés croissent avec la vitesse moyenne (illustration 2). Toutefois, la fluidité du trafic étant assurée avec une autoroute à 2x2 voies, les augmentations restent faibles (0,7 à 8,3%). 11

12 Remarque : La hausse relative des émissions est plus forte en 2010, mais avec des niveaux de pollution en valeurs absolues plus faibles (tableau A1) en lien avec l amélioration du parc de véhicule). En 2000, le passage de 2 à 3 voies du tronçon 2 entraîne une hausse de la vitesse moyenne de circulation de 77 à 95 km/h. Certains polluants enregistrent une baisse des émissions (COV, benzène et SO 2 ) et d autres présentent une hausse (NO 2, particules et CO). A une vitesse moyenne de 77 km/h et de la même manière que pour le tronçon 1, les conditions de circulation sont plus proches des vitesses optimales (du point de vue de la pollution atmosphérique) pour le CO, les particules (environ 80km/h) et le NO 2 (50km/h). Le comportement est légèrement différent en 2010 : si les COV, le benzène, les particules et le NO 2 enregistrent une décroissance, les émissions de SO 2 et de CO augmentent. Le passage de 2 à 3 voies entraîne une hausse de la vitesse moyenne de circulation de 62 à 89 km/h. Ces résultats sont conformes à la relation émissions vitesse (illustration 2) aux exceptions notables du NO 2 et des particules à l horizon 2010 qui devraient enregistrer, selon la relation émissions vitesse, une hausse des émissions. Cas des oxydes d azote : Sur l autoroute, les poids lourds (13%) et les véhicules utilitaires légers (13,6%) représentent, un fort pourcentage. La majorité de ces véhicules ont une motorisation diesel. La relation émission vitesse des véhicules à essence ne reproduit plus la réalité. Pour expliquer ces variations d émissions, il faut se reporter à la relation émission vitesse des véhicules diesel (illustration 4) qui illustre un déplacement important de la vitesse optimale de 90 km/h (VP essence) à 40 km/h (VP diesel). Emissions de NOx en g/km/jour VP Diesel VP Essence Vitesse en km/h Illustration 4 : Relation émissions - vitesse moyenne de circulation en oxydes d'azote pour 1000 véhicules particuliers diesels et essences pour l'année

13 Cas des particules : La même explication peut être évoquée dans le cas des particules (illustration 5), les courbes d émissions en fonction de la vitesse sont très différentes entre les véhicules particuliers, les véhicules utilitaires légers et les poids lourds. Emission de PM10 en g/km/jour Vitesse en km/h VP VUL PL Illustration 5 : Relation émissions - vitesse moyenne pour les particules en fonction de la vitesse pour 1000 véhicules de différentes catégories pour l'année 2010 La baisse généralisée des émissions (de -12 à 38% en 2000 et 40 à 50% en 2010) sur le tronçon 3 suite à la mise à 2x3 voies, au trafic le plus chargé, s explique par l augmentation de la fluidité du trafic. La vitesse moyenne augmente de 45 à 82 km/h pour l année Cette vitesse est plus proche de la vitesse optimale (minima des émissions) pour les six polluants étudiés (CO, NOx, COV, COV, benzène, particules et SO 2 ). L effet est encore plus marqué en 2010 : la vitesse moyenne sur le tronçon augmente de 22 (bas régime avec de fortes émissions) à 59 km/h (plus proche des vitesses optimales du point de vue de la pollution atmosphérique pour tous les polluants étudiés). 13

14 4.2.2 Effets sur les immissions Les variations des immissions (tableau 6), quoique évoluant dans le même sens que les émissions du tableau 5 sont moins marquées. En effet, les immissions sont également fonction d autres paramètres comme la pollution de fond, la météorologie et la configuration de l axe routier (structure du bâti) ne change pas entre les deux simulations. Tableau 6 : Ecarts des immissions engendrés par la mise à 2x3 voies de l autoroute. Simulations Année Tronçon CO NO 2 COV Benzène Particules SO 2 3V / 2V ,9 % + 2,0 % + 3,6 % 0,0 % + 0,7 % + 1,1% 2 + 7,8 % 0,0 % - 4,6 % - 1,9 % + 0,7 % - 0,9 % 3-13 % - 5,9 % - 37 % - 18 % - 10 % - 8,2 % 3V / 2V ,2 % 0,0 % 0,0 % 0,0 % + 0,4 % 0,0 % 2 + 7,3 % - 4,0 % - 17 % - 2,4 % - 0,8 % 0,0 % 3-22 % - 18 % - 50 % - 21 % - 15 % - 11 % Bilan L effet sur la qualité de l air du passage de 2x2 à 2x3 voies diffère selon le polluant, la portion de l autoroute et sa charge de trafic : Sur le tronçon 1 qui précède l échangeur de Lutterbach-Dornach (à l ouest de l agglomération mulhousienne), par simple augmentation des vitesses (déjà élevées sur ce tronçon où la fluidité du trafic est importante), une légère dégradation de la qualité de l air (+0,7 à 3,6%) est enregistrée pour tous les polluants à l exception du benzène dont les immissions sont stables. Sur le tronçon 3 allant de l échangeur de Mulhouse Centre au croisement de l autoroute A35 vers Strasbourg, l amélioration de la qualité de l air est nette quelque soit le polluant. La diminution est plus importante en 2010 ou le trafic est plus soutenu ( véh./j) : le passage à 2x3voies supprime certains bouchons et la vitesse moyenne passe de 22 à 59 km/h. 14

15 4.3. Bilan du passage de l autoroute 2x2 voies 2000 à 2x3 voies 2010 Au bilan, l analyse comparative des situations actuelle (2x2 voies avec les conditions de circulation 2000 simulation V) et future (2x3 voies avec les conditions de circulation 2010 simulation V) permet d appréhender l effet conjoint de l évolution du parc automobile et de la structure de l axe de circulation sur la pollution atmosphérique et par feed back avec l analyse précédente (impact du parc), les parts de la réduction attribuable au nouvel aménagement de l autoroute et à l évolution «fil de l eau» (parc + trafic) Effets sur les émissions La comparaison des simulations V et V montre une forte réduction des émissions sur l ensemble de l autoroute malgré l augmentation du trafic. Deux explications : L amélioration des performances anti-pollutions du parc automobile de 2010 par rapport à celui de Comme le montre l étude en annexe 2, entre 2000 et 2010, la conjecture est à la baisse globale des émissions (-71% pour le benzène, -73% pour les particules, -59% pour les oxydes d azote, -59% pour le monoxyde de carbone et -69% pour les composés organiques volatils). Le passage de 2 à 3 voies de l autoroute a un effet plus manifeste sur les émissions du tronçon 3 ou le trafic est plus important. Tableau 9 : Ecarts des émissions. Simulations Tronçon CO NO 2 COV Benzène Particules SO V / V 1-33 % - 53 % - 58 % - 63 % - 69 % - 83 % 2-33 % - 45 % - 57 % - 65 % - 65 % - 80 % 3-59 % - 41 % - 60 % - 69 % - 69 % - 82 % Effets sur les immissions Une baisse généralisée des immissions est constatée en proximité de l autoroute et s élève, en moyenne sur l autoroute mulhousienne, à -24% pour le benzène, -20% pour les particules, -16% pour le NO 2, -18% pour le CO, -37% pour le SO 2 et -58% pour les COV. Tableau 10 : Ecarts des immissions. Simulations Tronçon CO NO 2 COV Benzène Particules SO V 1-11 % - 16 % - 57 % - 17 % - 15 % - 31 % /2000-2V 2-12 % - 17 % - 57 % - 23 % - 18 % - 36 % 3-30 % - 18 % - 60 % - 35 % - 28 % - 46 % 15

16 4.3.3 Bilan En couplant les analyses 3/1 (scénario «fil de l eau») et 4/1 (évolution finale), une quantification de l effet du passage de 2x3 à l horizon 2010 sur la pollution atmosphérique est possible conduit aux constats suivants : L impact de la mise à trois voies est négligeable pour les tronçons 1 et 2, l essentiel de la baisse a pour origine le renouvellement du parc. A noter, que pour le CO, le passage à 2x3 voies, se traduit par une plus faible réduction des valeurs annuelles. En revanche, sur le tronçon 3, l effet est beaucoup plus sensible et la contribution du changement de structure (mise à trois voies) sur la qualité de l air est majoritaire en proximité automobile pour les polluants CO, NO 2 et COV. Ce dernier élément démontre que les réductions des immissions annuelles au niveau local peuvent être influencées par des aménagements régionaux et pas seulement par les évolutions de la motorisation. 16

17 4. COMPARAISON AUX NORMES EN VIGUEUR Les résultats d immissions sur chacun des trois tronçons d autoroute peuvent être comparés avec les valeurs normatives annuelles des législations française et européenne. Un tableau récapitulatif des normes est présenté en annexe II 5. Les valeurs guides ou objectifs de qualité de l air servent de référence. Lorsque les concentrations en polluants sont inférieures aux valeurs limites, les pouvoirs publics mettent en œuvre une prévention de tout accroissement de pollution tandis que si ces valeurs sont dépassées des politiques de réduction de la pollution doivent être mise en place afin de faire chuter les concentrations en deçà de cette valeur. Dioxyde de soufre La valeur limite pour la protection des écosystèmes 6 (20µg/m 3 sur une année) et qui est la plus basse des valeurs limites annuelle pour le SO 2, est respectée tant en 2000 qu à l horizon Monoxyde de carbone La directive européenne fille 2000/69/CE propose une valeur limite sur 8 heures incompatible avec les moyennes annuelles calculées par le logiciel STREET4. La valeur de l objectif de qualité de la législation allemande 7 (1000 µg/m 3 en moyenne annuelle), retenue en l absence d autres normes adéquates, est dépassée entre l échangeur de Mulhouse Centre et L autoroute A35 (tronçon 3) en 2000 (2x2 voies). En 2010, cette valeur devrait être respectée en tout point de l autoroute urbaine A36. Benzène La valeur limite européenne 8 est respectée sur le tronçon 1 (toutes simulations), en 2010 pour le tronçon 2 (effet d amélioration du parc automobile) et en 2010 avec 2x3 voies (simulation 4) sur le tronçon 3 sous l action conjointe de l amélioration du parc et du changement de l infrastructure. En revanche, aucune portion de l autoroute A36, en proximité automobile, ne respecte l objectif de qualité du décret (2µg/m 3 ). Particules La valeur limite de la directive européenne 99/30/CE applicable en 2005 (30 µg/m 3 ) n est pas respectée dans les simulations «années 2000» pour les tronçons 2 et 3 mais reste dans la marge de tolérance de 20 µg/m 3 de En 2010, cette norme annuelle pourrait abaissée à 20 µg/m 3. A cet horizon, ni l évolution du parc automobile, ni le passage de 2x2 voies à 2x3 voies ne permettent de redescendre en dessous de cette valeur. 5 Il n existe pas de normes spécifiques pour les COV. 6 Directive fille européenne 99/30/CE 7 LfU- Bade Wurtemberg directive 2000/69/CE 5µg/m 3 17

18 Dioxyde d azote La valeur limite de la directive européenne 99/30/CE (40 µg/m 3 en moyenne annuelle) est dépassée sur toute la portion de l A36 étudiée pour les 4 simulations. Néanmoins, en 2000, seul le tronçon 3 présente des niveaux supérieurs à la valeur limite augmentée de la marge de tolérance indiquée dans la directive (60 µg/m 3 ). En 2010, la nette diminution des niveaux de dioxyde d azote (parc automobile, fluidité de circulation), compensée pour partie par une croissance du trafic, ne permettra pas de respecter les 40 µg/m 3 sur l A36. Tableau 11 : Récapitulatif des dépassements des normes (en moyenne annuelle) pour les quatre simulations. Polluants Objectif de qualité Valeur limite (+marge de tolérance en 2000) Tronçons dépassant l objectif de qualité Tronçons dépassant la valeur limite 2x2 voies 2x3 voies 2x2 voies 2x3 voies SO µg/m Aucun Année simulation Benzène 2 µg/m 3 5 µg/m 3 1, 2 et 3 2 et 3 2 et Aucun 2010 CO Aucun Aucun µg/m 3 Aucun Aucun 2010 NO µg/m 3 3* Aucun* 2000 (+20µg/m ) 1,2 et µg/m 3 (2010) Aucun** 2000 Particules µg/m 3 (2005) --- (+20µg/m 3 ) 1, 2 et 3*** 2010 * dépasse la valeur limite et la marge de dépassement en µg/m 3 ** dépasse la valeur limite et la marge de dépassement en µg/m 3 *** valeur limite considérer à l horizon µg/m 3 18

19 5. EFFETS DES EMISSIONS SUR LES NIVEAUX D OZONE En milieu naturel, la production d ozone résulte d un équilibre entre sa formation par recombinaison d un atome d oxygène (issu de la photo-dissociation de NO 2 ) avec l oxygène et de sa destruction par réaction avec le monoxyde d azote (NO). En présence de composés organiques volatils, cet équilibre est déplacé conduisant à une augmentation des niveaux d ozone. La diminution des émissions n étant pas égale pour chacun des polluants, le rapport NOx/COV peut être modifié lors du passage de l A36 de 2x2 voies à 2x3 voies. L impact est surtout sensible sur le tronçon 3 lorsque l on compare les simulations V à V et V à V. Par exemple, le rapport NOx/COV passe de 2,6 pour 45km/h à 3,6 pour 82 km/h pour les simulation 1 et 2 avec comme conséquence une diminution de l ozone formé sous les vents à distance des sources de proximité automobile (NO). 19

20 6. CONCLUSION Sur la pollution atmosphérique Dans un contexte général orienté à la baisse des émissions et des immissions entre 2000 et 2010 en lien avec l évolution du parc automobile (chapitre 4.1), en partie compensé par une augmentation du trafic, la mise à 2x3 voies modifie la vitesse moyenne (courbe capacité / trafic) sur l autoroute A36 vers plus de fluidité. Du point de vue des immissions, cette augmentation de la vitesse moyenne se traduit en 2010 selon le tronçon étudié par un comportement différent : Légère dégradation de la pollution de proximité par rapport à une situation de statu quo (2x2 voies) sur les axes fluides (vitesses supérieures à 80 km/h). Dans ce cas, la vitesse moyenne sur ces portions fluides est modifiée vers une tranche de vitesse élevée (illustration 2) générant une augmentation de la pollution. L accélération sur la 2x3 voies génère globalement plus de pollution sur les tronçons 1 et 2. Amélioration de la qualité de l air sur les axes de circulation 2x2 voies congestionnés avec des bouchons (tronçon 3). La mise à 2x3 voies permet la sortie d une situation de congestion en déplaçant la tranche de vitesse moyenne sur cet axe d une vitesse faible (< 30 km/h) vers une vitesse modérée (60 km/h), générant une diminution de la pollution. Ce changement de structure est même la contribution majoritaire à la baisse des niveaux de pollution pour le CO, le dioxyde d azote et les COV à l horizon Sur le respect des normes En 2000 et pour la configuration 2x2 voies (2000-2V), les valeurs limites pour le benzène et le dioxyde d azote ainsi que l objectif de qualité pour le CO (1000 µg/m 3 ) ne sont pas respectées sur la partie de l autoroute la plus congestionnées (tronçon 3). L objectif de qualité pour le benzène (2 µg/m 3 ) n est pas respecté sur l ensemble de l autoroute urbaine comme sur l ensemble des axes de circulation en milieu urbain. Malgré une baisse des immissions attendue en 2010 (2010-3V) sur toute la portion urbaine de l A36, la revalorisation des normes fera que sur l autoroute à 2x3 voies : Les valeurs limites seront dépassées sur toute l autoroute urbaine pour les particules et le dioxyde d azote. Pour les autres polluants (benzène, CO et SO 2 ), les valeurs limites seront respectées. L objectif de qualité pour le benzène (2 µg/m 3 ) ne sera pas respecté à cette échéance. 20

21 ANNEXE 1 : limites du logiciel Tout au long des études qui ont été menées, nous avons pu identifier les limites du logiciel. Ces dernières ont été regroupées en trois parties dont voici les principaux arguments : Limites au niveau des résultats : Le logiciel est conçu pour donner des résultats en moyennes annuelles (tous les paramètres qui sont entrés dans STREET le sont en moyenne annuelle) et non pas pour calculer des concentrations en polluants dans des situations critiques. Limites au niveau des paramètres d'entrées : STREET ne permet pas de connaître la concentration en polluants dans une rue pour des vitesses de vent annuelles inférieures à 2m/s. La vitesse du vent à choisir est celle au-dessus des bâtiments dans un flux non perturbé. Dans les configurations de rues prédéterminées, celles à sens unique, des rues de type 3 voies de circulation et les ronds points ne sont pas identifiés et sont pris en compte respectivement en trafic équivalent sur deux voies et en carrefour. Seule la hauteur moyenne des bâtiments le long de la rue est retenue. Limites sur la typologie des voies : STREET propose 98 types de voies. Cependant, pour être adaptée au mieux au réseau routier français, cette typologie comporte plusieurs lacunes voire des imprécisions. Elle demande une interprétation de la part de l utilisateur en ce qui concerne le ratio hauteur des bâtiments/largeur de rues, l'espacement du bâti et la prise en compte des trottoirs mal définis ou encore l'absence d'un "facteur" végétal dans la rue. C'est pourquoi il est nécessaire, dans une dernière partie, de revenir sur les configurations de rues proposées par STREET. 21

22 ANNEXE 2 : Résultats des simulations Evolution des émissions Les tableaux A1, A2 et A3 rassemblent les résultats pour chacune des simulations (par tronçon) pour les émissions de six polluants : Le monoxyde de carbone (CO) Les oxydes d azote (NO x ) Les Composés Organiques Volatils (COV) Le benzène (C 6 H 6 ) Les particules Le dioxyde de soufre (SO 2 ) Tableau A1 : Emissions pour le tronçon à l ouest de l agglomération, qui précède l échangeur de Lutterbach-Dornach Conditions de circulation Simulation TMJA Année Nb de voies TRONCON 1 en g/km/jour CO NO x COV Benzène Particules SO V x V x V x V x Tableau A2 : Emissions pour le tronçon entre les échangeurs de Lutterbach-Dornach (à l ouest) et de Mulhouse Centre (à l est). Conditions de circulation Simulation TMJA Année Nb de voies TRONCON 2 en g/km/jour CO NO x COV Benzène Particules SO V x V x V x V x

23 Tableau A3 : Emissions pour le tronçon allant de l échangeur de Mulhouse Centre jusqu au croisement avec l autoroute A35 vers Strasbourg. Conditions de circulation Simulation TMJA Année Nb de voies TRONCON 3 en g/km/jour CO NO x COV Benzène Particules SO V x V x V x V x Les émissions des simulations 3 et 4 (à l horizon 2010) sont inférieures à celles calculées pour l année 2000, respectivement 1 et 2, en raison de l évolution du parc de véhicule et de l entrée en vigueur de normes plus strictes. Les émissions de l échangeur de Mulhouse Centre jusqu au croisement de l autoroute A35 vers Strasbourg (tronçon 3) sont plus importantes que sur les deux autres tronçons en lien avec un trafic moyen journalier annuel plus intense. Les émissions transcrivent, en plus de la différence de trafic, la relation émission vitesse comme le montre la faible différence de rejets entre le tronçon 1 (100 à 108 km/h) et le tronçon 2 (60-95 km/h) alors que la différence de trafic semble plus conséquente (20 à véhicules de plus pour le tronçon 2). Evolution des immissions Les résultats par tronçon sont donnés dans les tableaux A4, A5 et A6 pour les six polluants dont les émissions ont été calculées. Tableau A4 : Immissions pour le tronçon à l ouest de l agglomération, qui précède l échangeur de Lutterbach-Dornach Conditions de circulation Simulation TMJA Année Nb de voies TRONCON 1 en µg/m 3 CO NO 2 COV Benzène Particules SO V x ,7 28,1 9, V x ,7 28,3 9, V x ,9 23,8 6, V x ,9 23,9 6,6 23

24 Tableau A5 : Immissions pour le tronçon entre les échangeurs de Lutterbach-Dornach (à l ouest) et de Mulhouse Centre (à l est). Conditions de circulation Simulation TMJA Année Nb de voies TRONCON 2 en µg/m 3 CO NO 2 COV Benzène Particules SO V x ,3 30,4 10, V x ,2 30,6 10, V x ,2 25,1 6, V x ,1 24,9 6,9 Tableau A6 : Immissions pour le tronçon allant de l échangeur de Mulhouse Centre jusqu au croisement avec l autoroute A35 vers Strasbourg. Conditions de circulation Simulation TMJA Année Nb de voies TRONCON 3 en µg/m 3 CO NO 2 COV Benzène Particules SO V x ,1 36,8 13, V x ,8 33,0 12, V x ,8 31,3 8, V x ,6 26,6 7,3 C est sur le tronçon 3 (de l échangeur de Mulhouse Centre jusqu au croisement l autoroute A35 vers Strasbourg) que les concentrations en polluants sont les plus élevées. 24

25 ANNEXE 3 : Evolution des émissions entre 2000 et 2010 en fonction de la vitesse de circulation Vitesse de circulation Emission 2000 Emission 2010 pourcentage de baisse km/h g/km/jour g/km/jour % Benzène ,3 475,5 74, ,6 382,3 72, ,3 286,6 70, ,8 225,4 72, ,2 163,6 73, ,7 123,1 74, ,6 84,3 75, ,8 123,8 71, ,5 270,5 58,0 Particules ,0 1102,2 70, ,0 730,0 71, ,0 569,0 72, ,0 491,0 73, ,0 371,0 74, ,0 292,0 75, ,0 270,0 74, ,3 377,0 73, ,0 650,0 69,9 NOx , ,4 49, , ,0 53, , ,0 55, , ,0 56, ,0 8927,0 59, ,0 8036,0 62, ,0 7465,0 65, ,9 8491,0 67, , ,0 66,9 CO , ,7 69, , ,0 67, , ,0 63, , ,0 63, , ,0 63, , ,0 61, , ,0 46, , ,0 39, , ,0 29,9 COV , ,9 71, ,0 9263,0 70, ,0 6936,0 68, ,0 5545,0 69, ,0 4055,0 70, ,0 3177,0 71, ,0 2189,0 71, ,5 2919,0 69, ,0 5860,0 56,7 25

26 ANNEXE 4 : Normes de qualité de l air le benzène Benzène Type de données Valeur Union Européenne Valeur limite moyenne annuelle 5 µg/m 3 Décret du 6 mai 1998 Objectifs moyenne annuelle 2 µg/m 3 le NO 2 OMS 1996 Directive fille européenne 99/ Dioxyde d'azote Type de données Valeur Valeur limite 2000 Moyenne annuelle 60 µg/m 3 Valeur limite 2010 Moyenne annuelle 40 µg/m 3 le CO Décret du 6 mai 1998 Monoxyde de carbone Type de données Valeur Objectifs moyenne sur 8 heures µg/m 3 Allemagne Objectif de qualité Moyenne annuelle 1000 µg/m 3 les particules Décret du 6 mai 1998 Union Européenne Objectifs Valeur limite 2000 Valeur limite 2010 Particules fines et particules en suspension Type de données moyenne annuelle des particules fines de diamètre inférieur ou égal a 10 µm (du 1er avril au 31 mars) Moyenne annuelle (du 19 juillet 1999 au 31 décembre 2000) Moyenne annuelle (au 1 er janvier 2010) Valeur 30 µg/m 3 48 µg/m 3 20 µg/m 3 26